KAIST, '포스트 코로나, 포스트 휴먼' 주제로 온라인 국제포럼 개최

KAIST(총장 신성철)는 지난 9일 대전 본원 학술문화관 5층 정근모 콘퍼런스홀에서 의료·바이오 공학의 혁신 전략을 주제로 포스트 코로나 시대 이후 인류의 미래를 논의하는 실시간 온라인 국제포럼을 개최했다.

`포스트 코로나, 포스트 휴먼: 의료·바이오 혁명'이라는 주제로 열린 이번 `GSI-2020 국제포럼'은 KAIST 글로벌전략연구소(소장 김정호, GIS: Global Strategy Institute, 이하 GSI)가 지난 4월과 6월에 이어 세 번째로 연 국제포럼이다. 의료·바이오 기술혁명에 대한 국제 사회와의 협력 방안을 모색하고 관련 미래전략을 도출하기 위해 마련됐다.

특히 이번 포럼에서는 코로나19와 같은 감염병의 극복과 바이오 장기· 유전자 가위 등 인간의 삶의 질을 향상하고 수명연장을 가능하게 할 기술과 인류의 미래에 관한 방안들이 심도 있게 논의됐다. 

신성철 KAIST 총장은 "코로나19의 2차 대유행이 우려되고 있는 요즘 과학기술의 혁신만이 글로벌 위기를 극복할 수 있는 돌파구가 될 것ˮ이라고 강조하고 "의료·바이오 공학의 발전과 혁신방안에 대해 국제 사회와의 논의를 위해 이번 포럼을 준비했다ˮ고 개최 배경을 밝혔다.
 
이번 포럼에서는 우선 세계적인 미래학자이자 미래 산업·교육·환경 등 전 분야에서 통찰력 있는 예측을 제시해 온 토마스 프레이(Thomas Frey) 미국 다빈치 연구소 소장이 포스트 코로나 시대의 의료·바이오 공학기술과 인류의 미래에 대한 화두를 던졌다. 프레이 소장은 기조연설에서 인류가 헬스케어 기술혁신을 통해 코로나바이러스와 같은 신종 전염병을 어떻게 극복해 나갈 것인지에 대해 전망했다. 그는 또 기술에 대한 이해를 기반으로 바이오 공학의 발달이 질병 정복과 인간의 기대 수명연장에 미칠 영향과 이를 통해 변화될 미래 인류의 모습과 삶에 관한 비전을 제시했다.

정세균 국무총리는 축사를 통해 K-방역의 성공을 이어가기 위한 코로나19 치료제와 백신 개발 전략을 소개했다. 또한, 포스트 코로나 시대를 대비한 의료·바이오 기술혁신과 균형 있는 발전의 중요성을 강조하며 글로벌 바이오 강국으로의 도약을 위한 당부의 메시지도 전했다.

빅터 자우(Victor J. Dzau) 미국 의학한림원 회장은 미국의 건강관리 혁신을 이끌어온 경험을 공유하고 코로나19의 2차 대유행을 대비하는 전략 및 포스트 코로나 시대에 필요한 의료·바이오 공학 혁신정책 및 미래상을 제시했다.

유전체 서열분석법을 최초로 개발한 세계적인 석학인 조지 맥도날드 처치(George McDonald Church) 하버드 의과대학 교수는 유전자 편집 및 게놈 기술의 발전과 미래를 주제로 한 기조 강연을 통해 유전체 기술 발전의 최신 현황을 정확성, 범위, 비용 등을 중심으로 공유하고 이와 같은 노력을 통한 질병 예방이 인간의 수명연장에 어떻게 기여할 것인지에 관해 지식을 공유했다.

이어, 세계 최대의 유전체 분석기업인 일루미나社의 수잔 투시(Susan Tousi) 부사장 겸 최고 제품 책임자는 유전자분석기술 개발 사례를 소개하고 질병의 사전 예방 가능성과 이를 통한 수명 연장 방안에 대해 모색했으며, 파킨슨병 환자의 임상 치료를 세계 최초로 성공한 김광수 하버드 의과대학 교수는 파킨슨병에 대한 맞춤형 세포 요법을 중심으로 더욱 진화된 세포치료기술을 소개하고 이를 인체에 적용한 최초의 성공 사례를 공유했다.

초청 연설자 세션에서는 `모두를 위한 헬스케어 혁신: 유전자 맞춤형 수명 연장 솔루션'을 주제로 이진형 스탠퍼드대학교 신경과·바이오공학과 교수를 비롯해 베라 고부노바(Vera Gorbunova) 로체스터대학 교수, 이정호 KAIST 의과학대학원 교수, 데이비드 레즈닉(David B. Resnik) 미국 국립보건원 생명윤리위원회 위원장 등이 연사로 참가했다. 특히, 이 세션에는 국내·외에서 활동하는 약 50여 명의 젊은 과학자와 의학자가 랜선 패널로 참여해 과학기술에 바탕을 둔 미래 전망에 관해 청중을 대표하여 세계 유수의 석학들과 질의응답을 나누고 토론을 벌였다.

김정호 GSI 소장은 "KAIST는 코로나19라는 위기를 역전시켜 질병 극복과 수명연장이라는 새로운 기회로 전환하는 일에 앞장서고 이를 위한 인류의 의지를 하나로 집결시키는 구심점의 역할을 해나갈 것ˮ이라고 이번 포럼의 개최 의미를 설명했다.
 

* 각 연사들의 발표 내용을 요약 소개한다.

▶ 빅터 자우(Victor J. Dzau), 미의학 한림원 원장: 미래 의료·바이오 공학 정책의 발전과 비전

ㅇ 포스트 코로나 시대에 건강하게 기대수명을 늘리기 위한 혁신은 다음의 분야에서 살펴볼 수 있다. ① 디지털 혁신(추적, 사회적 거리두기, 원격의료 등) ② 진단검사 ③ 치료 ④ 백신. 이들 분야에서의 혁신은 지난 반세기 동안의 다음과 같은 과학기술의 진화와 관련이 있다. ① 의료 혁명: 유전체학, 분자세포생물학 ② 디지털·컴퓨터·정보혁명(인공지능, 빅데이터 기술의 발전으로 연결)

ㅇ 포스트 코로나 시대의 건강과 관련한 혁신은 의생명공학과 디지털 정보혁명의 융합, 즉 유전공학, 유전체 편집, 재생학, 면역요법, 합성생물학, 정밀의료학 등에 로봇학, 빅데이터, 인공지능 및 머신러닝의 기술 융합 등이 가능할 것으로 기대된다. 데이터를 이용하여 질병을 예측하고, 원격 및 센서기술 등을 활용하여 의료서비스를 제공할 수 있을 것이며, 이러한 기술 융합이 주는 유익한 결과 중 하나는 기대수명의 연장이라고 생각한다.

ㅇ 지난 몇 년간 65세 이상의 인구가 기하급수적으로 증가하고 있으며, 2050년이면 세계 인구의 20%를 차지할 것으로 예상된다. 인구 고령화는 가족, 지역사회, 사회, 산업, 경제에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 만성질환, 비만, 고혈압 등의 각종 질병 발생의 위험으로 이어져 의료계에 상당한 부담을 줄 수 있다. 고령 인구가 보다 건강하게 생활할 수 있도록 여러 기술을 융합하여 노령과 관련한 여러 질병의 발생률을 줄이고, 고령 인구의 의료 접근성을 높이는 등 기대수명을 건강하게 늘리는 방향을 찾을 수 있을 것이다. 미국 의학한림원의 경우 Healthy Longevity Global Competition, Healthy Brains Global Initiative 등을 통하여 기대수명을 건강하게 늘리는 방향에 대해 적극적으로 모색하고 있다.

▶ 토마스 프레이(Thomas Frey), 다빈치연구소 소장: 헬스케어기술의 미래와 포스트 휴먼

ㅇ 전 세계 모든 사람들이 코로나로 인해 영향을 받았고 이로 인해 새로운 규칙들이 생겨난다. 포스트 코로나 시대는 앞으로 경제 구도를 완전히 바꾸어 놓을 것이다. 지금 볼 수 있듯이 사람들이 공유경제, 경기장, 대면 행사, 엑스포, 퍼레이드, 스포츠 경기 관람 등을 기피하고 있다. 이와 같이 급진적인 변화에는 훌륭한 전략이 필요하지만 언제 코로나가 어떻게 종식될지 모르기 때문에 신중한 전략을 짜야한다.

ㅇ TV쇼나 영화에서 나오는 스토리 텔러들이 이런 전략을 구상하는 데 있어 도움이 될 수 있다. 스토리 텔러들이 보여주듯 미덕, 성과, 리더십 등 기존에 생각해왔던 우선순위에 대한 개념이 많이 달라지고 있다. 기존 도덕, 목표들이 더 이상 유효하지 않으며 새로운 글로벌 의식이 필요한 시기이다. 코로나는 2차 세계대전보다 큰 경제적 손실을 가져왔으며, 하향식 결정으로 인한 많은 문제들이 생겨났고 이런 문제들의 부작용이 나타날 것이다.

ㅇ 사람들이 일상에서 벗어나 새로운 것을 추구하고 있다. 앞으로 인류 역사상 가장 큰 규모의 일자리 변화가 생길 것이다. 도심으로부터의 탈출, 접촉에 대한 공포증이 생길 것이며, 악수 같은 문화는 부적절하다고 여겨질 것이다. 대학들도 고전하고 있으며, 2030년도가 되면 약 50%의 대학이 문을 닫을 것이다. 그러므로 교육기업이 가장 큰 기업이 될 수도 있다.

ㅇ 코로나로 인해 특정 기술들이 급속도로 늘어나고 있다. 예를 들면 인공배양 시설들이 늘어나고, 2025년쯤에는 이 기술이 보편화 될 것이다. 원격근무도 늘어나고 앞으로의 생산성은 데이터 기반이 될 것이다. 양자 컴퓨터 등장으로 현재 존재하는 암호체계가 2025년 후에 무력화 될 것으로 예상된다. 전기차가 늘고, 마지막 내연기관차가 2025년이 될 것이라 예상된다.

ㅇ 코로나로 인해 누적 확진자 및 사망자 수, 일일 확진자 수 등에 대한 관심이 많아졌지만 다른 수치를 봤을 때 우리의 인식과는 전혀 다른 생각이 들 수 있다. 전 세계 하루 사망자 수는 151,600명으로 10초당 약 17명이 암, 자살, 노령, 전염병, 자동차 사고 등의 이유로 사망한다. ‘사망률이 코로나 이후로 줄어 들었나?’라는 질문을 던질 필요가 있다. 아직 까지 발표된 자료는 없지만 총 사망자 수가 코로나 이후로 줄어 들었다는 흥미로운 주장이 있다.

ㅇ 인류의 헬스 케어 시스템이 급격하게 발전해 누구도 죽지 않을 수 있다면 어떨까? 이것이 보건 시스템의 최종 목적이 되어야 할까? Digital Twin이나 CRISPR 같은 기술을 활용해 이런 목표에 다가갈 수 있도록 노력해야한다. *크리스퍼(CRISPR, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)는 세균과 고균 같은 원핵생물 유기체의 게놈에서 발견되는 DNA 서열이다. 헬스 케어도 제약사 집약 사업에서 데이터 집약 사업으로 발전하고 있다. 앞으로는 소형 기기들이 우리 몸속으로 들어올 것이며, 약도 모두에게 동일량을 투입하기보다는 각 환자별로 조건에 딱 맞게 필요한 양을 정밀 진단해 제조할 수 있을 것이다.

ㅇ 디지털 트윈 기술은 대형장비 모니터링을 위해 활용한다. 하지만 계속해서 개발이 진행되면 보급도 따라서 늘어날 것이고 원격수술 같은 것이 활성화 될 것이다. ‘그럼 언제부터 원격이나 무인이 가능할 것인가?’라는 질문은 매우 유효한 질문으로, 한국 역시 기술적으로 앞선 국가이기에 디지털 트윈 기술에 밝은 미래가 예측된다. CRISPR는 많은 정체성을 갖고 있는데 염기서열을 조절하는 도구로서 활용되고 있다.

ㅇ CRISPR의 8가지 활용 형태는 1. 아이가 태어나기 전에 유전자 오류 시정, 2. 코로나 같은 미생물 제거, 3. 인공 배양, 4. 건강한 식품을 만들 수 있으며, 5. 멸종된 종 복원, 6. 모기 퇴치, 7. 모기 같은 해충에 전염병 확산 능력 감소, 8. 장기 이식 등을 용이하게 한다.

ㅇ 세계 AI 컨퍼런스에서 일론 머스크가 인구 붕괴가 가장 큰 문제라고 지적했다. 2100년이 되면 20개국의 인구 50%가 사라질 것이다. 현재 많은 출산율이 아프리카 및 일부 아시아 국가들에 집중되고 있다. 나이지리아, 콩고, 탄자니아, 에티오피아, 앙골라, 파키스탄에서 가장 많은 인구가 태어나고 있으며, 신생아의 절반 이상이 이 나라들에서 태어난다. 하지만 정작 이런 나라들의 교육 정도는 미진하다. UN에 따르면 6,900만 명의 선생이 부족하며, 아프리카의 경우 20%의 학생이 학교를 전혀 다니지 않고 있다. 계속해서 교사가 지도하는 형태의 교육을 고집한다면 신속한 학습은 불가능하다. 전문적인 교사가 학습에 필요한건 맞지만 AI기반에 무인 원격 교육을 통해 전문 교사는 컨텐츠를 만들고 AI로 무인 학습을 할 수 있다.

▶ 조지 맥도날드 처치(George McDonald Church), 하버드 의과대 유전학 교수: 유전자 편집 및 게놈기술의 발전과 미래

ㅇ 현재 유전자요법들은 상당히 고비용이나 앞으로는 현저하게 낮아질 것이라고 예상한다. 치료는 저렴한 대안으로 대체될 것이다. 1) 희귀 유전병 예방: matchmaking, Digid8, 2) 전염병 예방: Bioweathermap, 3) 기계 학습 및 라이브러리를 통해 더 높은 성공률 도달, 4) 일반적인 질병: (영향 받는 연령에 따라) 연구 개발 비용 분산될 것이다.

ㅇ 유전자 편집요법도 있다. 이러한 방법들이 기하급수적으로 바뀌고 있다는 것이 요점이다. 예를 들면, 핵산의 읽기/쓰기를 활용할 경우 비용이 무어의 법칙보다 기하급수적으로 낮아지며, 효과는 2~10배 향상된다. 이것은 Multiplex의 효과라고 볼 수 있다. anti-SARS-CoV-2(항사스코로나바이러스2)의 치료는 Abs와 펩티드의 수용체로부터 중화를 통해 이루어지며, 백신을 가지고 예방적인 요법으로 적용중이다. 백신의 신속한 배포를 위한 협력이 있다(Radvac.org). 예방과 치료가 중요한데 치명적일수도 있고 아닐 수도 있는 이러한 사정에서 우리는 모니터링이 중요할 것이나 현재보다 1,000배 정도 낮은 비용으로 가능하게 해야 할 것이다. 실시간으로 휴대폰으로 모니터링이 가능하게 될 것이라 생각하며, Nanopore기술이 후보로 부상하고 있다.

ㅇ 멀티플렉싱 기술은 바코딩을 결합시킬 수 있다. 분자바코드와 같고 매장에서 보는 바코드와 같으나 보이지 않으며 분자적이다. 이것을 샘플과 결합을 시키는 것인데 복수의 환자와 병원균과 태깅을 하여 읽어내는 것으로 아주 미세한 내용까지 리딩이 가능할 것이다. Supermolecular 수준까지 리딩이 가능하며, 단백질도 유사한 방법으로 탐지 가능하다. 항체를 가지고 탐지 후 스트래핑을 하는 것이며, DNA-Exchange Imaging을 통하여 고해상도의 이미징을 얻어낸다. 시냅스가 보통의 경우 보이지 않으나 DNA-Exchange Imaging 기술을 통하여 보여지게 되는 것이다. DNA, RNA, 단백질 리딩이 가능한 것은 ReadCoor(Church lab)와 Bruker Vutara(Wu lab) 두 가지 기계가 있기 때문인데 상호보완적이다.

ㅇ 인간으로부터 나온 줄기세포를 리프로그래밍하여 유전자 질병과 관련하여 동물실험이 가능하다. OPC주입을 통해 인간의 뇌 세포를 동물 안에 이식이 가능하게 된다. 단백질 공학관련 약품들이 만들어지고 있으나 병목현상이 있다. 이유는 비용이 저렴한 방식의 시험은 인비트로 방식이 있으며 튜브를 통해 실험하는데, 이것이 동물실험 단계에서는 관련성이 떨어지며 인간으로 갈 경우 관련성이 높아지고 비용도 높아진다(분석 처리량도 낮아질 것임). 그러므로 각각의 단계에서 처리량을 높이는 시도가 필요하다.

ㅇ 이 문제를 다루기 위해 딥러닝과 인공지능을 활용하고 있다. 자연단백질 2000만 개를 대상으로 프리트레이닝을 하는 것이 요점으로 우리는 치료 비용을 낮출 수 있고, 포스트 코로나 시대에 사람들의 웰빙을 개선할 수 있다. 희귀질환 감염병을 예방할 수 있으며 이는 디지털 도구들을 사용하여 가능하게 될 것이라 생각한다. 노화를 멈출 수 있는 기준은 무엇이라고 생각하는가? 노화 관련 질병 중 하나라도 대응할 수 있게 되고 다른 질병들을 후속으로 연구할 수 있게 된다면 우리는 강력한 경로를 만드는 것이라고 생각한다.
 

▶ 수잔 투시(Susan Tousi), 일루미나 수석 부사장: 게놈의 이해: 의료분야의 새로운 패러다임을 주도하는 차세대 시퀀싱의 힘

ㅇ Illumina에서는 2009년부터 유전체(genome) 시퀀싱 연구를 진행하고 있다. 차세대 염기서열분석(next-generation sequencing, NGS)을 통해서 병원체 추적 등 다양한 연구를 진행할 수 있다. 코로나바이러스 백신 개발을 위해서는 유전체 관련 연구가 중요할 것으로 생각된다. 감염병 분야에 있어서도 NGS를 활용할 수 있는데, 한국에서도 서울대 등에서 감염경로 파악 연구를 진행하고 있으며, 싱가포르, 인도 등에서는 염기서열분석을 기반으로 한 COVIDSeq를 활용하고 있다.

ㅇ 실시간 유전체 데이터를 활용하여 치료에 활용하는 경우도 있다. 한국, 일본, 호주 등에서도 이러한 유전체 관련 연구가 진행되고 있다. 유전체 연구는 치료제 개발, 맞춤형 질병 관리에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다. 한국에서는 DNA 및 RNA 관련 연구를 바탕으로 질병 치료연구가 진행되고 있으며, 인공지능 기술을 활용해 다양한 변이를 파악하여 유전체 카탈로그(genome catalog)를 정립할 수 있을 것으로 기대한다. 한국은 유전자 변이 파악을 위한 해독 기술 연구 분야에서 앞장서고 있으며, 데이터의 양이 폭발적으로 증가하고 데이터 시퀀싱의 비용이 감소하면서 유전체 연구에 박차를 가하고 있다. Illumina의 경우 데이터를 저장, 분석, 평가하고 있다.

▶ 김광수, 하버드 의과대 신경과학교수: 파킨슨병에 대한 맞춤형 세포 요법: 희망 또는 현실?

ㅇ 바이오 메디컬 사이언스 분야의 핵심 질문은 환자 자신의 세포를 이용해 난치병을 치료할 수 있을 것인가라는 것이다. 자가세포를 통해 개인맞춤형으로 퇴행성 장애를 치료한다는 것은 분야의 오랜 꿈이었으며, 이미 조혈모세포에서의 줄기세포 이식은 다양한 암 치료에 사용되고 있다.

ㅇ `맞춤식 세포요법을 다른 퇴행성 장애에도 사용할 수 있을 것인가?' 역시 주요한 질문이다. 세포 정체성은 프로그램되어 있고, 일 방향으로만 진행한다고 알려져 있었다. 세포요법에서 고려해야 할 지점은 세포 정체성이 재프로그램이 가능한가라는 지점이다. 과학자들은 성공적으로 초기 단계 줄기세포를 분리해냈다. 분리된 세포들이 새롭게 프로그래밍되어 초기 단계의 만능 줄기세포가 될 수 있을 것인지, 분할되어 있는 세포들이 다른 세포로 전환될 수 있을 것인지가 관건이다. 2006년 야마노카 교수 연구팀의 연구는 완전 분화된 세포가 다시 분화될 수 있다는 것을 밝혀냈다. iPS 유도만능줄기세포를 이용하여 환자 맞춤형 치료가 가능하다는 의미로, 2012년 노벨의학상을 수상했으나 아직까지 맞춤식 치료요법은 성사되진 못했다.

ㅇ 파킨슨병의 두드러진 병리학적 특징은 연령 의존성으로, A9 도파민 뉴런이 손실되는 것이 파킨슨병 환자들의 운동결손 주요 원인으로 지적된다. 이와 관련한 핵심 이슈는 다음과 같다.

① 리프로그래밍 기술 자체가 여러 방법으로 사용될 수 있도록 개선되어야 한다.
어떻게 하면 효율적으로 임상등급의 iPS 세포를 생성할 수 있을 것인가의 이슈인데, 현재 우리가 매커니즘을 이해하는 수준에서는 아직 불완전하다. iPS셀이 암세포와 마찬가지로 스위칭을 하는 것을 의미한다. 야마노카 포펙터를 감안해 새로운 리프로그래밍을 진행하였고, 이를 통해 효율적으로 임상이 가능한 수준의 iPSC를 만들었다.

② 세포요법을 위한 안전성 전략 구축
게놈무결성 확인이 중요하다. 잔여 비분화된 iPSC 세포는 암을 일으킬 수 있기 때문에 화학적 요법을 통해 유도 만능세포 중 특성요소들을 분화하지 않은 세포들을 완전 제거하였고 99.9%의 효율성을 보였다.

③ 초기 분화: 이식하는 세포가 확장 가능해야 한다.
대부분 모노레이놀 배양 방식을 사용하고 있었으나, 스퍼팅 기반의 분화법을 만들어 이식 가능 세포가 확장 가능한 생산을 할 수 있도록 했다.

④ 동물 모델을 대상으로 한 체내 안정성 및 효능 시험
도파민 세포를 사용했을 때 이는 체내안전 효능을 보장할 수 있었고, 동물 모델을 사용해 분화된 세포들이 파킨슨의 기능장애 개선에 효과를 보이는 것을 확인했다. 환자에게서 나온 도파민 세포를 인간 대상으로 적용했을 때, 인간 환자에게 특화되어 있었기에 거부반응 없이 도파민 세포들의 생존율이 높았다.

⑤ 신경외과적 최적화
신경외과적 기기 최적화로 새로운 기기는 도파민을 원주형으로 주입하는 것이 가능하다. 원주형 그레스프를 실시했더니 도파민 세포들이 기존의 볼러스(덩어리)형 주입보다 훨씬 오래 살아남을 수 있었다.

⑥ FDA와의 규제, 임상적 문제 해결
이 기술을 사용해 2015년 FTA 승인 신청을 냈고, 2018년 초에 최초로 IND 승인을 진행했다. 환자를 2년간 추적 관찰한 결과, 부정적 출혈이나 종양 형성 드래프트 관련 부작용이 없었고, 두 번째 수술 이후 상태가 악화된다고 느끼지 않았다. 개선이 아주 풍부하게 일어났다고 보기는 어렵지만 여러 증거를 통해 개선 효과가 임상적으로 확인되었다.

ㅇ 우리 연구는 인간 iPSC 기반의 맞춤 세포요법은 될 수 있으나, 더 많은 후속 연구가 요구된다. 현재까지는 효능 안정성에 대해 확정적인 결론을 내릴 수 없지만, 장래가 유망할 것으로 사료된다.
 

▶ 이진형(Jin Hyung Lee), 스탠퍼드대학교 신경과·바이오공학과 교수: 신경질환(치매 등) 생명공학과 기술사업화

ㅇ 우리 뇌를 고칠 수는 없을까 고민하면서 연구를 시작했다. 그렇다면 뇌과학과 관련한 연구의 목표는 무엇일까? 뇌 질환을 고칠 수 있는 최적의 방법은 무엇인가? 뇌질환 비용은 사회경제적 문제로 봐야한다. 치매·알츠하이머 치료제가 개발되지 않고 있다. 핸드폰이 고장 나면 기술자에게서 수리하듯 뇌질환도 MRI, 뇌기능 테스트 등을 하지만 뇌질환치료를 위한 직접적인 치료는 아니다. 바이오젠 알츠하이머 치료제가 개발되어 많은 도움이 된다.

ㅇ 뇌의 회로를 연구하여 뇌의 기능을 분석한다. : 뇌와 인터페이스, Input. Output(IO), 컨트롤, 알고리즘, 액세스 기능이 필요하다. 이를 코딩과 연결하여 디브레인 시스템을 정의한다. 뇌의 알고리즘을 어떻게 할 것인가? 뇌의 제어를 위한 이미징 기술을 이용해 뇌는 특정 행동 등을 어떻게 제어하는가를 살펴보고, 특정 행동을 제어하는 뇌 회로를 모델링하고, 코드가 무엇인지 분석한다.

ㅇ 뇌 회로의 기능과 역할분석을 통한 복원을 시도한다. 알고리즘을 통해 하드웨어/소프트웨어 문제, 기능장애를 파악하고, H/W와 S/W에 문제가 생겼을 때 대처를 위한 방안이 필요하다. 뇌질환을 위한 알고리즘 지도를 통해 예측하는 기술로 뇌 회로 기능 복원 기술을 개발한다. 뇌 회로도 개념을 기반으로 뇌전증, 치매, 파킨슨병 등을 진단할 수 있는 소프트웨어 개발 회사인 엘비스를 창업했다. 유전체와 관련한 신약 개발 관련의 적극적인 활동(예, SK바이오등)이 필요하다.

▶ 베라 고부노바(Vera Gorbunova), 로체스터대학교 교수 겸 노화연구센터 공동 책임자: 장수 메커니즘

ㅇ 인간의 수명을 연장시키기기 위해 비교생물학을 어떻게 적용하는지를 설명하겠다. 앞서 연사께서 노화가 얼마나 중요한지, 노화를 막기 위한 노력과 질병 대응이 얼마나 중요한지 말했다. 본 연구센터에서는 장수 동물을 통해 모델 오거니즘을 가지고 연구를 실시하고 있다. 벌거숭이 두더지 쥐 같은 경우 노화 연구에 있어 큰 의미가 있다고 생각한다. 분자적(molecular)인 메커니즘을 이해하기 위해 왜 이 동물들이 오래 사는지 살펴보았다. 마우스 모델을 만들고, 이를 통해 종양 억제 기능을 개발했다. 장수 동물 연구 사례를 몇 가지 소개하겠다.

① 벌거숭이 두더지 쥐 연구 사례: 설치류로서 보통의 쥐보다 몇 배 이상 살 수 있다. 수명이 상당히 긴 동물로 암, 고관절염, 퇴행성질환에 걸리지 않는다. 암에 대한 저항성 같은 경우, 독자적인 분자 분석으로 알아 낼 수 있었다. 벌거숭이 두더지의 경우, 노화의 모든 요소(Whole mark)에서 저항성을 갖고 있었다. 히알루로산이 있어서 암 저항성을 갖고 있음을 알아냈다. 일반 쥐에 해당 요소를 주입해서 실험해본 결과, 장수하는 것을 확인할 수 있었다. 설치류에 실험해본 결과를 인간에 적용하는 것이 매우 중요하다. 아직까지 인간에게 노화를 억제하는 연구는 갈 길이 멀기에 여전히 진행 중이며 노력하고 있다.

 ② 설치류 연구 사례: 자연변이가 어떻게 일어나는지, DNA 수리가 어떻게 일어나는지 살펴보고자 노력하고 있다. 장수 동물들은 SIRT6가 활발하고 DNA 수리가 더 잘되는 것으로 나타났으며, 또한 SIRT6는 유전자 침묵(gene silencing)이 잘 되는 것으로 분석되었다.

 ③ 박쥐 연구 사례 : 수명과 바디메스를 비교해 보았을 때, 박쥐가 비슷한 사이즈의 대부분의 포유동물보다 오래 사는 것으로 드러났다. 박쥐에게 염증을 줄일 수 있는 요소가 있다는 것을 발견했으며, 에볼라 등의 바이러스를 보유하고 있으면서도 염증 반응이 일어나지 않는 것을 알아냈다. 또한 박쥐가 염증에 관한 저항성이 높음을 알아낼 수 있었다. 박쥐는 밀도가 높은 군집 생활을 하고, 날아다니기 때문에 질병에 쉽게 노출될 수 있다. 이러한 생활 패턴으로 인해 바이러스 저항 기능 및 면역 기능이 발달 된 것으로 보인다. 사람들은 도시에 모여 산 것도, 비행기를 타고 돌아다닌 것도 사실상 약 100년 정도로 오래되지 않았다. 그래서 아직 바이러스 대항 능력이 박쥐만큼 강하지 않다. 그렇다고 박쥐처럼 약 6000~7000만 년을 통해 진화할 것이 아니고, 제약학적으로 도움을 받을 수 있을 것이다. 박쥐의 염증 억제 기능이 자가면역질환, 노화 방지 등의 치료제로 사용될 수 있으며, 현재 억제제가 개발되고 있다.

ㅇ 장수 유기체들을 더욱 연구하는 것이 필요하고, 그렇게 했을 때 새로운 적용 방법을 또 만들어 낼 수 있을 것이라고 생각한다. 자연 속에서 진화하고 테스트했던 연구 결과, 안전하다고 생각하는 결과물들을 연구에 적용시켜 발전해나갈 수 있을 것이라고 생각한다.

▶ 이정호(Jeong Ho Lee), KAIST 의과학대학원 교수: 난치성 뇌 질환을 위한 유전체 의학의 미래

ㅇ 뇌질환과 관련하여 해결되지 않고 있는 요구들이 있다: ① 난치성 간질은 영구적 인지 장애로 이어질 수 있다. ② 뇌종양은 성인에게서 흔하지만 생존율이 15개월 정도 밖에 되지 않는다. 재발률이 높고 발병 기전을 정확히 모르기 때문이다. ③ 알츠하이머 질환 관련 타겟 치료제에 대해 다양한 실패가 있었다.

ㅇ 뇌에 대한 게놈 의학 연구는 동물 모델을 통해 뇌에 관여하는 특정 유전자를 찾아내고 그 결과를 기반으로 인간의 뇌에 대한 이해를 확장해낼 수 있다: ① 인간 뇌에 대한 이해는 어느 정도 이루어졌지만, 이를 통한 제약 연구로 이어지지 못하고 있다. ② 뇌에 대한 추가적인 이해를 위해서는 질환의 임상 케이스에서부터 시작하여 다시 뇌에 대한 연구로 이어지는 활동이 필요하다. ③ 제약 회사들 중 많은 숫자가 신약 개발에 많은 실패 이후 뇌에 대한 연구를 2011년 즈음부터 중단하였으나, 2013년부터 다시 뇌 질환에 대한 연구와 신약 개발이 시도되고 있다.

ㅇ 인간에서 일어나는 주요한 변이는 생식세포 변이와 체세포 변이 두 가지로 나눌 수 있다. 차세대 염기서열 분석을 통해 생식세포 변화를 과학자들이 파악할 수 있게 되었고, 생식세포 변이에 의한 뇌 질환에 대한 영향을 파악할 수 있게 됐다. 기존 치료제는 단백질을 타겟으로 삼았지만 이제는 생식세포 변이로 인해 일어나는 질병의 경우, mRNA를 타겟으로 삼아 질환을 유발하는 단백질의 발현을 막는 것으로 치료를 할 수 있게 되었다. 생식세포 변이로 인한 신경질환 치료는 그나마 용이하지만, 이를 통해 모든 질환을 치료할 수는 없다. ① 간질환자의 경우 전체의 10% 정도는 생식세포 변이로 인한 것으로 설명할 수 없다.

ㅇ 많은 과학자들이 체세포 변이를 통해 생식세포 변이로 인한 신경 뇌 질환을 설명할 수 있을 것으로 생각하고 있다. KAIST는 이러한 체세포 변이를 통한 난치성 질환의 발견과 발병 원인의 이해가 가능하다고 생각하고 연구를 진행하고 있다. 뇌수술을 통해 간질을 관리하고 있는 환자들의 샘플을 통해서 간질이 체세포 변이로 인해 발병하였음을 알 수 있었고, 이를 통해 다음 세대에게 유전적 영향이 발생하지 않을 것임을 확인할 수 있었다. 수술을 진행했음에도 30% 정도는 발작을 여전히 경험하지만, 우리가 항암제를 통해 체세포 변이를 제거했을 때 임상적으로 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

ㅇ 정부와 산업의 지원 없이는 이러한 연구들이 성공할 수 없을 것이다. 정부는 바이오헬스 혁신 전략으로 4조원 이상 투자하겠다고 말했고, 이를 통해 신약 개발을 촉진하겠음을 밝혔다. KAIST 또한 바이오 스타트업 SoVarGen을 설립하고, 신약 개발과 유전 연구에 힘쓰고 있다. 게놈 의학의 미래는 게놈 코드의 파악, 유전-변이 확인, 환자의 진료 및 치료에 도움을 주는 방향으로 진행될 것이다.

▶ 데이비드 레즈닉(David B. Resnik), 미 국립보건원 생명윤리위원회 위원장: 생의학 연구에 대한 윤리적·공공적 관점

ㅇ 생의학 연구 및 생명공학의 발전은 의학, 제약, 의료 기기, 공중 보건, 농업, 산업, 소비재, 임업, 에너지 개발, 교육 및 공공 정책의 응용을 통해 사회에 크게 도움이 되었다. 그러나 생의학 연구의 발전으로 인해 대중의 윤리적 우려가 제기된다. 대중은 대부분 생의학 연구를 받아들였지만 반발이 있다. 과학은 대중의 강력한 지원 없이는 번창하기 힘들다. 대중이 비윤리적이라고 생각하는 생물 의학 연구에 대한 대중의 반발은 공공 자금 감소, 법률/규정 강화, 과학에 대한 불신 증가로 이어질 수 있다.

ㅇ `무엇이 과학을 윤리적으로 만드는가?'라는 질문에 몇 가지 일반 원칙들이 있다. 정직, 개방성/투명성, 객관성, 재현성, 주의, 공정한 신용 공유, 기밀 커뮤니케이션 존중, 동료와 학생에 대한 존중, 동물 복지 보호, 인간 연구 대상자의 권리 및 복지 보호, 법률 준수(지적 재산에 대한 존중 포함), 조사의 자유, 사회적 책임 등이 있다.

ㅇ 대중의 지지를 얻고 유지하기 위해 과학자들은 무엇보다도 윤리적이어야 한다. 과학자들은 윤리적 원칙과 지침 및 관련 법률을 준수하고 윤리적 결정을 내려야 한다. 과학자들은 또한 연구의 윤리적 수행에 대해 학생과 연수생을 교육해야 한다. 사회적 책임을 지는 것도 윤리적 행동의 핵심이 된다. 사회적 책임에는 다음과 같은 것이 포함된다: 연구의 결과를 예상하는 것, 좋은 결과를 촉진하고 나쁜 결과를 예방 또는 최소화하는 것, 대중 및 언론과 자신의 연구에 대해 논의하는 것 등이다. 연구를 통해 제기된 윤리적, 사회적 문제에 대해 대중을 참여시키는 것은 사회적 책임의 일부이며, 참여는 양측의 지식, 정보, 아이디어, 가치 및 관심사를 공유하는 쌍방향적인 구조이다.
ㅇ 대중은 신기술 개발 및 발견에 관한 의사 결정에 포함되어야 한다. 효과적인 대중 참여의 결여는 GM 작물/식품에 대한 대중의 반대를 유발하는 핵심 요소였다. 이러한 결과를 피하기 위해 과학자들은 연구개발 초기에 대중을 참여시켜야 한다.